JP4217210B2 - 高周波数の多自由度振動試験機械 - Google Patents
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Description
経験する現実世界の振動は、通常、6自由度(DOF)全てを含んでおり、すなわち、振動は通常、3つの直交軸線に沿った直線加速度成分とこれらの軸線の周りの角加速度成分とを有する。振動環境の最も優れた模擬実験は、6自由度全ての振動を含むものである。
これらのシステムの周波数応答は、油圧式加振機、テーブル、及び結合リンクの動力学により制限されている。周波数応答の非常に基本的な制限は、油圧式加振機から生じる。
立方体の加振機のアクチュエータが、振動テーブルの内部に配置され、該振動テーブルの底部を通って突出する脚部上の反作用質量に取り付けられる。内部アクチュエータのための取付け構造体(脚部)は、その設計の周波数応答をアクチュエータが可能なものより低い周波数に制限する、相対的に低い固有周波数を有することが分かった。
さらに、立方体の加振機が反作用質量よりかなり上方に支持される(かつ振動する)ので、該反作用質量によって反作用を及ぼさなければならない大きなモーメントが生成される。反作用質量の動きを最小に保持することは、大きな反作用質量の使用を必要とする。
本発明は、反作用質量(支持フレーム)で振動テーブルを囲むので、テーブル及び反作用質量の重心が互いに非常に近くなる。立方体型加振機と比べると、2つの態様の試験用取付具が改善される。第1に、反力が、反作用質量の重心のずっと近くに作用し、引き起こされたモーメントが劇的に減少し、これにより必要とされる反作用質量のサイズが減少される。第2に、振動テーブルが小さくなり、ずっと小さい質量を有するので、反力の大きさ及びモーメントが立方体形状の場合よりずっと小さいものになる。
本発明の1つの実施形態は、圧縮荷重だけを支持できる静油圧型潤滑式自動調心スライダ軸受に予め荷重を加える方法に関する。本発明において、軸受は、外力生成装置を振動テーブルに連結させるために用いられるので、該軸受の動きが多自由度の振動を提供できるように用いられる。
示される振動試験機械において、電動式振動力生成装置は、対応する円錐形状のコレクタ20によって予荷重ピストン棒に機械的に連結され、そのことによりが電動式加振機の対応する振動要素の直径が低減される。電動式加振機は一般に、界磁巻線をも有する電磁コイルの内部に高周波数で振動するボイスコイルを含む、金属の円筒形の外側ハウジングを備える。振動ボイスコイルは、電動加振機が連結された駆動ピストン棒より大きな直径を有する。
支持フレーム10の右側に示される力生成装置18bは、力生成装置18aについて説明されたものに類似した予荷重装置によって振動テーブルに連結される。このように、力生成装置18bは、駆動予荷重ピストン24bが自動調心軸受26bによって振動テーブルに連結された駆動予荷重装置22bによって、該振動テーブルに連結される。振動テーブルの両側では、受動的予荷重装置が、駆動予荷重ピストン24bと軸方向に位置合わせされた受動的予荷重ピストン30bを含む。受動的予荷重ピストン30bは、静油圧型自動調心スライダ軸受32bによって、振動テーブルに連結される。
駆動予荷重ピストン及び静油圧型自動調心スライダ軸受が、図3により詳細に示される。駆動予荷重装置22は、階段状シャフト、ハウジング34、油圧アキュムレータ36、及び静油圧型自動調心スライダ軸受26を有する移動ピストン部品24を含む。シャフトのより小さい直径端部38は、ハウジングの本体を通って外側に延びる。このシャフト延長部は、プッシュ及びプル力の両方が駆動ピストン内に伝えられるように、1DOF力生成装置を移動ピストンに連結させるための手段を提供する。
1つの例において、予荷重ピストンと共に用いられる自動調心軸受は、Team Corporationに譲渡された米国特許第5,343,752号に記載される種類の球面軸受とすることができる。
図6乃至図9は、力生成装置18が、各々固定フレーム構造体10に剛に取り付けられた支持システムを示す。この組み合わせは、床の上に載っている剛性の下部支持構造体60に取り付けられる。組み合わされた力生成装置及び固定フレームは、空気ばね62上に取り付けられ、この空気ばね62は、加振機によって生じた振動を下部支持構造体に伝えられないように隔離するので、使用中に生成された振動は床に伝わらない。
一般に、コンピュータは、試験物品の動きを力生成装置への6つの駆動信号に相関させるシステムの動力学の線形モデルを予測する。このモデルは、加振機間の相互作用、及び試験機械及び試験物品の動力学を考慮する。力生成装置への駆動信号を計算し、所望の試験振動を生成するために、このモデルが用いられる。
前述された圧力調整装置を調整し、該圧力調整装置上に作用する油圧を制御することによって、予荷重力によって加えられる静電力が制御される。
振動テーブルを加速するために利用可能な力を増大させるために、受動的予荷重ピストン組立体を駆動予荷重ピストン組立体と置き換えることが可能である。この構成は、付加的な外力生成装置の使用を可能にする。
駆動予荷重ピストンの力が、反対方向の受動的予荷重ピストンの力より大きくなるように構成された場合には、定常状態の力の合力がゼロになるように付加的な定常状態の力をもたらなければならない。外部の加振機は、駆動予荷重ピストンに一時的な張力荷重を加えなければならない。試験が開始されると、外力生成装置は、その力を圧縮力として駆動予荷重ピストンに加える。次に、加振機の力及び付勢力が合計され、振動テーブル上だけで外力生成装置により生成される力より大きい力を生成する(一方向だけに)。この構成は、衝撃パルスのような試験のために有用である。
予荷重力は、加振機の力より大きくしなければならず、かつ電動式加振機又は複動式油圧加振機と共に用いるために「等しく、反対向きに」しなければならない。単一端式油圧加振機の場合には、予荷重は、能動的シリンダ力の半分であることが必要である。
Claims (14)
- 固定外側フレームと、前記外側フレームの内部で振動エネルギーを伝える、剛性構造体の形態の振動テーブルと、該外側フレームによって剛に支持された第1のシリンダ内で摺動可能であり、前記振動テーブルの一方の側に連結された駆動予荷重ピストンと、該外側フレームによって剛に支持された第2のシリンダ内で摺動可能であり、前記駆動予荷重ピストンと反対側の側部で該振動テーブルに連結された受動的予荷重ピストンと、該外側フレームの外側にあり、該駆動予荷重ピストンに力を加え、振動エネルギーを該駆動ピストンにもたらし、その振動エネルギーを該振動テーブルに伝えるように、該駆動予荷重ピストンに連結された外力生成装置とを備え、前記受動的予荷重ピストンが、該駆動予荷重ピストンによって加えられた力に対抗する力を該振動テーブルに対して加え、前記第1のシリンダが、前記摺動可能な駆動予荷重ピストンに加えられた制御されたレベルの流体圧力を含み、前記第2のシリンダが、前記受動的予荷重ピストンに加えられた制御されたレベルの流体圧力を含むことを特徴とする振動試験機械。
- 前記外力生成装置が、電動式加振機又は電気油圧式加振機を備えることを特徴とする請求項1に記載の振動試験機械。
- さらに、前記第1のシリンダに連結された油圧アキュムレータを有し、前記駆動予荷重ピストンによって前記振動テーブルにもたらされる振動の全範囲にわたって、該駆動予荷重ピストンによって加えられた前記予荷重力が最初の予荷重レベルで維持されることを可能にするように、前記油圧アキュムレータに充填されたガスにより前記駆動予荷重ピストンが、油圧駆動されることを特徴とする請求項1に記載の振動試験機械。
- 固定外側フレームと、前記外側フレームの内部で振動エネルギーを伝える、剛性構造体の形態の振動テーブルと、各々が、対応する自由度の振動運動において振動エネルギーを前記振動テーブルにもたらすためのものであり、該外側フレームに剛に取り付けられたシリンダによって支持された対応する駆動予荷重ピストンを介して該振動テーブルに連結された、該外側フレームの外側にある複数の外力生成装置と、予荷重力を該振動テーブルに加えるために、該振動テーブルの対応する側に連結された各々の予荷重ピストンと、各々の対応する駆動予荷重ピストンと反対側の該振動テーブルの対応する側で該振動テーブルに連結された各受動的予荷重ピストンと、各駆動予荷重ピストンと該振動テーブルの対応する側との間に連結された別個の自動調心球面軸受及び各受動的予荷重ピストンと該振動テーブルの対応する側との間に連結された別箇の自動調心球面軸受とを備え、各受動的予荷重ピストンが、該受動的予荷重ピストンの対応する駆動予荷重ピストンによって加えられた前記予荷重力に対抗する力を該振動テーブルに加え、前記予荷重軸受が、前記外力生成装置によって該振動テーブルにもたらされる多自由度の振動運動を吸収するようになったことを特徴とする振動試験機械。
- 前記外力生成装置が、電動式加振機又は電気油圧式加振機を備えることを特徴とする請求項4に記載の振動試験機械。
- 振動力を振動試験機械内の試験ユニットに加える方法であって、前記方法が、
剛性固定フレームで振動テーブルを囲み、
振動エネルギーの出力を有する外力生成装置を前記フレームの外側に配置し、
前記外力生成装置の前記振動出力を前記振動テーブルに伝える駆動予荷重装置と、前記駆動予荷重装置によって伝えられる前記振動出力に対抗する力を該振動テーブルに加えるための、該振動テーブルの反対側にある受動的予荷重ピストンとからなるプッシュ・プル構成で、予荷重装置によって該外力生成装置の該振動エネルギー出力を該振動テーブルに伝える、
段階を含み、
前記予荷重装置が、前記剛性固定フレームの両側に剛に取り付けられ、シリンダ内で摺動可能なピストンを含むシリンダを含み、前記ピストンが、該振動テーブルの両側に連結されたピストン棒を有し、各々のシリンダが、その対応するピストンに対して作用する制御された流体圧力のソースを提供することを特徴とする方法。 - 多自由度の振動力を振動試験機械内の試験ユニットに加える方法であって、前記方法が、
剛性固定フレームで振動テーブルを囲み、
各々が振動エネルギー出力を有し、その前記振動エネルギー出力が前記振動テーブルに伝えられ、各々が固有の軸線に沿った単一自由度の動きを生成するように、前記フレームの外側の周りに位置合わせされた外力生成装置の群を該フレームの外側に配置し、
プッシュ・プル構成で、対応する対の予荷重装置によって各外力生成装置の前記振動エネルギー出力を前記振動テーブルに伝える、
段階を含み、
各対の前記予荷重装置が、対応する外力生成装置を、前記剛性固定フレームによって与えられた抵抗力に対して前記振動テーブルに伝えられた振動エネルギー入力として伝える駆動予荷重装置と、前記対応する駆動予荷重装置から伝えられた前記振動エネルギー入力に対抗する力を該振動テーブルに対して加えるように、該振動テーブルの反対側に位置合わせされた受動的予荷重装置とを含み、各受動的予荷重装置によって生成された前記力が、該剛性固定フレームによって与えられる抵抗力に逆らって作用し、前記予荷重装置が、別箇の自動調心球面軸受によって該振動テーブルの両側に連結されたことを特徴とする方法。 - 前記外力生成装置が、各々電動式加振機又は電気油圧式加振機を備えることを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記予荷重装置が、様々な最初の付勢力を生成するように独立して制御されることを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 剛性固定フレームの組み合わせと、前記固定フレームの内部の多自由度振動テーブルと、電動式加振機を含む外力生成装置と、各々が、駆動予荷重ピストンと、前記振動テーブルの両側の対応する受動的予荷重ピストンとからなり、1つの対が各外力生成装置と関連し、各対が該固定フレームの両側に取り付けられたプッシュ・プル関係で配置された、多数の対の駆動及び受動的予荷重ピストンと、前記予荷重ピストンを該振動テーブルに連結させる静油圧型自動調心スライダ軸受とを備えることを特徴とする多自由度振動試験機械。
- 前記外力生成装置が、前記予荷重ピストンと組み合わされて、6自由度加振機を生成することを特徴とする請求項10に記載の振動試験機械。
- 剛性の固定外側フレームと、
前記外側フレームの内部に配置された剛性構造体を含む振動テーブルと、
前記振動テーブルに振動力をもたらすための、前記外側フレームの外側にある外力生成装置と、
前記外側フレームに剛に取り付けられ、前記外力生成装置に連結された力受け端部及び前記振動テーブルの第1の側に連結された力印加端部を有する駆動予荷重装置と、
前記駆動予荷重装置と反対側で前記外側フレームの側部に剛に取り付けられ、前記駆動予荷重装置と反対側の振動テーブルの第2の側に連結された受動的力受け端部を有する受動的予荷重装置と、
を備え、
前記予荷重装置の前記力印加及び力受け端部が、共通の軸線上に位置合わせされ、別箇の自動調心軸受によって前記振動テーブルの両面に連結されており、
前記駆動予荷重装置の前記力印加端部が、調整可能な予荷重力を前記振動テーブルの前記第1の側に加えるようになり、
前記受動的予荷重装置の前記力受け端部が、前記駆動予荷重装置の前記予荷重力の調整と別箇にかつ無関係に、調整可能な受動的予荷重力を前記振動テーブルの前記第2の側に加えるようになったことを特徴とする振動試験機械。 - 前記駆動予荷重装置及び前記受動的予荷重装置が各々、別箇の自動調心球面軸受によって前記振動テーブルの前記対向する第1及び第2の面に連結されたことを特徴とする請求項12に記載の振動試験機械。
- 前記駆動予荷重装置が、前記剛性の固定外側フレームへの前記予荷重装置の剛性取付けによって抵抗を受ける振動力を介して、前記外力生成装置から前記振動テーブルに前記振動力を加え、該振動テーブルに伝えられる前記振動力が、該剛性の固定外側フレームへの剛性取付けを介する前記受動的予荷重装置によって抵抗を受けることを特徴とする請求項12に記載の振動試験機械。
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